Hochfrequenz-Leistungsverstärker
Die Mobilkommunikation ist heute eine allgegenwärtige Technik. Um die Erreichbarkeit der Teilnehmer zu gewährleisten, ist eine flächendeckende Versorgung mit Mobilfunkbasisstationen erforderlich. Die Anzahl der GSM-Basisstationen liegt in Deutschland bei ungefähr 60.000. Der zusätzliche Bedarf für UMTS-Netze wird mit 80.000 abgeschätzt.
Zentrale Elemente dieser Basisstationen sind die Hochfrequenz-Leistungsverstärker. Sie verstärken ein Eingangssignal soweit, dass es über eine Antenne mit der gewünschten Reichweite abgestrahlt werden kann. Dabei wird einerseits eine hohe Effizienz des Verstärkers gewünscht, um sowohl den Energiebedarf als auch den Kühlaufwand zu reduzieren. Andererseits darf das Eingangssignal nicht zu stark verzerrt werden, damit die übertragene Information am Empfänger zurückgewonnen werden kann. Daher ist ferner eine hohe Linearität anzustreben.
Mit klassischen Verstärker-Konzepten ist es nicht möglich, gleichzeitig eine hohe Effizienz und eine hohe Linearität zu erreichen. Die Effizienz solcher Verstärker liegt daher heute üblicherweise in der Größenordnung von 25 %. Damit wird lediglich ein Viertel der durch die Basisstation aufgenommenen Leistung durch die Antenne abgestrahlt.
Im Rahmen der Forschungsaktivitäten am Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik werden Verstärkerarchitekturen untersucht, mit denen die Effizienz ohne Einbußen der Linearität gesteigert werden kann. Besonders viel versprechend sind dabei der Klasse-S-Verstärker und die Versorgungsspannungsmodulation.
Zentrale Elemente dieser Basisstationen sind die Hochfrequenz-Leistungsverstärker. Sie verstärken ein Eingangssignal soweit, dass es über eine Antenne mit der gewünschten Reichweite abgestrahlt werden kann. Dabei wird einerseits eine hohe Effizienz des Verstärkers gewünscht, um sowohl den Energiebedarf als auch den Kühlaufwand zu reduzieren. Andererseits darf das Eingangssignal nicht zu stark verzerrt werden, damit die übertragene Information am Empfänger zurückgewonnen werden kann. Daher ist ferner eine hohe Linearität anzustreben.
Mit klassischen Verstärker-Konzepten ist es nicht möglich, gleichzeitig eine hohe Effizienz und eine hohe Linearität zu erreichen. Die Effizienz solcher Verstärker liegt daher heute üblicherweise in der Größenordnung von 25 %. Damit wird lediglich ein Viertel der durch die Basisstation aufgenommenen Leistung durch die Antenne abgestrahlt.
Im Rahmen der Forschungsaktivitäten am Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik werden Verstärkerarchitekturen untersucht, mit denen die Effizienz ohne Einbußen der Linearität gesteigert werden kann. Besonders viel versprechend sind dabei der Klasse-S-Verstärker und die Versorgungsspannungsmodulation.
Grundlagen
In diesem Abschnitt findet sich eine kurze Einführung in den Themenbereich der Hochfrequenz-Leistungsverstärker. Sie soll interessierten Lesern den Einstieg in das Forschungsfeld erleichtern, indem wichtige Grundbegriffe und Schaltungen kurz vorgestellt werden.- Kenngrößen von Hochfrequenz-Leistungsverstärkern
- Verstärker-Grundklassen
- Effizienzsteigernde Architekturen
Aktuelle Forschungsthemen
Die folgenden Seiten gehen näher auf die Themen ein, die aktuell am Institut untersucht und erforscht werden.Messtechnik
Beim Entwurf der Verstärker werden verschiedene Simulationsprogramme eingesetzt. Dennoch sind Messungen nach wie vor entscheidend, da sich erst hier zeigt, ob eine Schaltung wie erwartet funktioniert. Am Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik wurden mehrere Messplätze und -systeme speziell für Hochfrequenz-Leistungsverstärker aufgebaut.- Leistungsverstärker-Messplatz
- Modulares Messsystem